LNG氣化器關鍵技術專利分析

(江蘇科技大學知識產權研究中心 江蘇 鎮江 212003)

隨著全球能源危機和環境污染加劇，天然氣(Nature Gas,NG)和液化天然氣(Liquid Nature Gas,LNG)因環保、清潔和經濟等優點在能源市場的需求量迅速增加。國際海事組織(IMO)統計表明，全球以柴油機為動力的船舶每年排放NOX約1000萬噸，SO X約為850萬噸[1]，大量污染物的排放嚴重破壞了海洋環境。如果用NG替代燃油作為船舶動力燃料，NOX排放量可以減小80%左右且幾乎不產生SOX[2]，因此NG作為燃油的最佳替代品在船舶燃料市場越來越受到重視。常溫常壓下NG的體積約為同質量液態天然氣(Liquefied Natural Gas,LNG)體積的600倍。由于船舶內空間狹小且為了提高運輸效率，通常在常壓下將NG冷卻至163℃的LNG進行海上存儲及運輸，在使用或輸入管道之前將LNG再氣化成NG方可使用[3-4]。

目前，LNG氣化器從結構形式上劃分為開架式氣化器、沉浸式氣化器和印刷板式LNG氣化器三種[5]。開架式氣化器存在著傳熱管外壁面容易結冰，產氣量不穩定，體積巨大的局限性。沉浸式氣化器氣化過程中要以天然氣為燃料，運行成本較高，目前只用于調峰或緊急情況使用，尚未作為負荷型的氣化器使用[6]。印刷板式LNG氣化器與開架式氣化設備相比較，處理相同質量的LNG，其結構尺寸和重量僅為開架式氣化設備的1/50和1/10，這使得采用近海浮動平臺作為LNG存儲和汽化站成為可能[7]。印刷版式氣化技術目前僅為英國一家企業所掌握，已經成功的應用于LNG再氣化工程，是浮式存儲和再氣化單元(Floating Storage and Regasification Unit,FSRU)的核心設備，該公司對印刷版式LNG氣化器的設計、制備、運輸、安裝及調試采用專人全程監控進行核心技術保密，目前尚未有公開文獻研究報道。

專利是企業創新活動的載體，能夠最為迅速、全面的反映企業的技術研發狀態以及整個領域的技術發展趨勢。研究LNG氣化器領域的專利技術，剖析其關鍵技術專利申請年度變化、地域分布、專利技術熱點分布、IPC分布和專利地圖，有利于LNG氣化器領域研發人員把握技術發展趨勢。

一、專利申請態勢分析

LNG氣化器作為LNG再氣化過程中最為核心的關鍵設備，是LNG儲運和應用過程中最具核心的關鍵技術。本文采用的專利文獻數據主要來自于PatSnap全球專利數據庫，通過初步檢索、擴展檢索和補充檢索等，以保證數據檢索的全面性，數據檢索截止時間為2018年12月，全球涉及LNG氣化器的專利共計4743件，其中國內專利申請1630件(專利申請到公開時間最長有18個月的滯后期，所以2018年以后專利申請授權量的變化不能全面反映技術發展趨勢，數據僅作展示)。

(一)全球專利申請趨勢

專利申請趨勢分析是通過分析專利數據隨時間的變化規律，揭示其發展軌跡，反映各個階段的技術發展狀況。全球LNG氣化器領域在1990年前都處于萌芽階段，僅有零星的專利申請。1990-2000年，專利申請量開始緩慢增長，這十年間一直保持較低的增長率，處于緩慢生長期。而在2000年后，由于全球經濟環境和政策的影響，LNG氣化器專利申請量持續增長，進入快速發展期。2008年LNG氣化器領域的專利申請量由快速發展期轉變為調整期，產生數據拐點，這是由于爆發全球經濟危機，間接影響了LNG氣化器領域的專利申請量。2010年后，由于全球經濟環境和政策的影響，LNG氣化器專利申請量持續增長，進入新一輪的快速發展期。在LNG氣化器領域中國專利的申請趨勢與全球專利的申請趨勢幾乎一致，2010年后中國專利申請開始發力，在全球專利的占比逐年上升。

(二)關鍵技術分支專利申請趨勢

LNG氣化器領域主要涉及三個關鍵技術分支：微細槽道成型技術、焊接工藝、總體結構。截至2018年12月，全球LNG氣化器領域微細槽道成型技術相關專利為407件(占比8.59%)，焊接工藝相關專利為1869件(占比39.41%)，總體結構相關專利為2467件(占比52.00%)。從整個申請周期來看，全球LNG氣化器領域三個技術分支的整體發展趨勢相似，但專利申請量數據差異明顯，特別在2010年后，LNG氣化器全球專利申請量快速發展階段，總體結構與焊接工藝技術分支的專利申請量增幅明顯，進一步拉大與微細槽道成型技術分支專利申請數量的差距。

二、專利申請區域分析

為了研究LNG氣化器關鍵技術發展的全球專利申請的區域分布情況，本文對采集到的LNG氣化器關鍵技術專利數據按申請國家進行了統計分析，以反映各國在LNG氣化器關鍵技術領域的技術實力和研發活躍程度。全球專利申請主要集中在中國、韓國、日本和美國，分別占比34.37%、16.57%、14.36%和11.81%。從數據來看，我國在LNG氣化器技術領域的專利申請數量要遠遠高于其他國家和地區，日本、韓國、美國處于第二梯隊，亞洲處于LNG氣化器研發的活躍區域。2013年開始亞洲市場大幅加快LNG接收站的建設與運營，日本國際石油勘探公司、韓國SK能源公司與GS能源公司開始修建LNG接收站，同年中國新增多個LNG接收站投入運營，推動了亞洲區域LNG氣化器技術的發展，此后，在能源需求、LNG運輸船投運、環境因素等多方影響下，亞洲成為全球最大的LNG市場，并維持“亞洲溢價”，進一步使得亞洲成為LNG氣化器研發的活躍區域。

三、專利技術分布

專利技術分布主要分析某一細分領域內的專利分布情況，而IPC分類是目前唯一國際通用的專利文獻分類方法，由專利申請設計的技術方案所屬領域來確定。

(一)全球專利技術IPC分布

將LNG氣化器全球專利申請的主分類號統計至小組并排序，給出了排名前十位分類號：F28D9/00(用于兩種熱交換介質的固定板或層壓通道的熱交換設備，各介質與通道不同的側面接觸)；F28F3/00(板狀或層壓元件，板狀或層壓元件組件)；F28F3/04(結構與元件成整體的)；F28F3/10(密封邊緣的配件)；F28F9/02(聯管箱，端板)；F28D9/02(熱交換介質)；F28F9/00(外殼，聯管箱，元件的輔助支承構件，外殼內部的輔助構件)；F28F27/02(專門適用于熱交換或傳熱設備的控制裝置或安全裝置)。

在LNG氣化器領域的專利申請主要集中分布于F28：熱交換技術大類。從分類號代表的技術分布來看，以關注熱交換器的結構、熱交換介質層壓通道、密封、控制設備或安全裝置是主要的專利技術申請重點。

(二)主要申請國IPC分布

對比主要申請國的IPC分布，可以分析出國家的技術領域分布及產業戰略布局情況。表1中列出的是中國、美國、日本、韓國四國在LNG氣化器領域專利申請量居前三位的IPC排名，可見中國的專利技術集中分布熱交換結構和層壓通道等方面，美國的專利技術集中分布在疊裝的元件結構、層壓通道、焊接工藝等方面，日本的專利技術關注的是LNG汽化器技術是氣罐裝置和零部件方面的研究，韓國的專利技術熱點也集中在熱交換結構、通用熱交換或傳熱設備的零部件以及改變壓力容器中液化或固化的氣體狀態(如汽化)等方面。

表1 專利申請國的IPC分布及專利數量

(三)專利地圖

對LNG氣化器關鍵技術繪制專利地圖，用3D地圖呈現行業的技術集中態勢，波峰代表技術密集區，波谷代表技術空白點。紅、黃、藍、綠四種標識點標明各個國家在LNG汽化器技術領域的專利申請情況，其中紅色標識代表中國專利。圖1清晰的反映了專利技術分布的全貌，紅色標識覆蓋整張地圖，數量上占據較大比例。圖示中深綠色為波峰區域，表示專利聚集區域，LNG氣化器關鍵技術的核心專利集中在液化裝置、氣化器裝置、熱流和冷能的裝置和多層復合板等方面；波谷區域和海水區域為LNG氣化器的外圍專利技術和技術空白點，LNG氣化器領域還存在較大的技術空白，在進行核心技術和熱點技術研發的同時，應當相應的布局外圍專利和儲備專利，實現技術的全面保護。

圖1 LNG氣化器關鍵技術專利地圖

四、結論

通過對全球LNG氣化器關鍵技術的專利分析，可以得出以下結論：

(1)全球LNG氣化器關鍵技術由萌芽階段(1990年前)、緩慢增長期(1990-2000年)、快速增長期(2000-2008年)、調整期(2008-2010年)后進入新一輪快速增長期。中國在LNG氣化器領域的專利申請趨勢與全球專利的申請趨勢幾乎一致，2010年后中國專利申請開始發力，在全球專利的申請量占比逐年上升。

(2)LNG氣化器領域3個關鍵技術整體發展趨勢相似，但專利申請量數據差異明顯，分支發展不均衡，特別是在2010年后，LNG氣化器全球專利申請量快速發展階段，總體結構與焊接工藝技術分支的專利申請量增幅明顯，進一步拉大與微細槽道成型技術分支專利申請數量的差距。

(3)LNG氣化器全球專利申請區域主要集中在中國、韓國、日本和美國，分別占比34.37%、16.57%、14.36%和11.81%，我國在LNG氣化器技術領域的專利申請數量要遠遠高于其他國家和地區，日本、韓國、美國處于第二梯隊，亞洲處于LNG氣化器研發的活躍區域。

(4)在LNG氣化器領域的專利技術主要關注氣化器的結構、熱交換介質層壓通道、密封、控制設備或安全裝置，技術聚集較為明顯，但是LNG氣化器領域還存在較大的技術空白，我國企業在實施專利申請和產品研發時應當同時布局外圍專利，進行專利規避設計，從法律角度繞開相關核心專利的保護范圍以避免遭到相關專利權人的侵權訴訟，同時對LNG氣化器領域的技術專利進行替代設計以及突破設計，通過這些專利換取LNG換熱器領域內主要競爭對手的交叉許可。